Theoretische fysica, de wetenschappelijke methode en de schade die is aangericht

Het is niet de bedoeling dat wetenschap snel is, maar naarmate de voortgang versnelt, kan het voelen alsof het tempo van ontdekking langzamer gaat - met name met betrekking tot fysica. Omdat het gewoon is geworden voor natuurkundigen om theorieën te ontwikkelen die geen bestaande technologie kan testen, is de praktijk van de natuurkunde achtergebleven bij de wetenschap - in welke mate dat ook mogelijk is - is het toewijzen van middelen voor experimenten moeilijk geworden.

Het posterkind (wie koopt deze poster?) Voor de vertraging tussen theorie en experiment is de snaartheorie, die niet is weerlegd, maar waarvan sommige experts zeggen dat ze misschien helemaal niet toetsbaar zijn. Voor wetenschappers die succes kunnen claimen of hypothesen kunnen weerleggen, is dit het slechtste scenario. Daarom vertellen wetenschappers het: vorige week kwamen een groep fysici en filosofen bijeen in München om dit probleem te bespreken tijdens een conferentie genaamd "Waarom een ​​theorie vertrouwen?".

Dingen waren verrassend verhit.

Een van de organisatoren van conferenties, Richard Dawid, stelt dat natuurkundigen een theorie zonder experiment kunnen bevestigen door bijvoorbeeld een beroep te doen op de verklaringskracht, de interne consistentie ervan of de afwezigheid van levensvatbare concurrenten. Je zult niet verrast zijn om te horen dat anderen het niet eens zijn. George Ellis en Joe Silk publiceerden een reactie in Natuur genaamd "Verdedig de integriteit van de natuurkunde", waarin zij beweerden dat de aanpak van Dawid de natuurwetenschappen ondermijnt. De enige manier om een ​​theorie te testen, zeggen ze, is door te experimenteren.

Sabine Hossenfelder, een onderzoeker aan het Frankfurt Institute for Advanced Studies en de blogger achter Backreaction, is het met Ellis en Silk eens. Hossenfelder werkt in quantum gravity phenomenology, wat betekent dat ze op zoek is naar experimenteel te testen voorspellingen van kwantumzwaartekrachttheorieën. omgekeerde sprak met haar over theorieën, experimenten en hoe de natuurkunde uit het onkruid te halen en weer op het goede spoor te komen.

Je hebt heel hard geantwoord over het bekritiseren van een recent experiment, de Holometer van Fermilab, omdat het experiment niet door de theorie werd ondersteund, dat we van tevoren wisten dat het experiment niets zou vinden. Wat is de juiste relatie tussen theorie en experiment?

Het probleem is het volgende: ik werk meestal in kwantumzwaartekracht, wat een van de gebieden van de fysica is die ik de fundamentele fysica zou noemen. Dit zijn de gebieden die te maken hebben met de structuur van de ruimtetijd, waar materie van is gemaakt en wat de oorsprong van het universum is. En wat er in de vorige eeuw is gebeurd, niet zo verrassend, is dat alle gemakkelijke dingen zijn gedaan.

Maar het is echt hier, waar je de grenzen van je theorieën wilt verleggen, waar het probleem nu is. Want wat er is gebeurd, is dat je deze grote kloof krijgt tussen experiment en theorie. De theoretici hebben veel vrijheid en de experimentisten weten niet echt wat ze moeten doen. Dus hoe boek je vooruitgang in een gebied als dit?

Nou, je moet heel duidelijk zijn over hoeveel je op je theorie kunt vertrouwen, omdat je de theorie nodig hebt om de experimentator te vertellen waar hij moet kijken. Je hebt de theorie nodig om de meest veelbelovende tests te identificeren. Omdat we dan veel geld moeten investeren en een experiment moeten bouwen dat tientallen jaren zou kunnen duren.

Dus waar komt de Holometer binnen? Nou, je kunt hetzelfde vragen over de Holometer: was het veelbelovend om dit experiment te doen omdat we op een of andere theorie vertrouwden dat we er misschien iets mee zouden kunnen vinden? En het antwoord is: Nee, er was helemaal geen indicatie.

Nu kostte dit experiment geen miljarden. Ik heb begrepen dat het vooral gaat om het vergroten van de precisie die mogelijk is bij dergelijke metingen, en dat is een prestatie op zichzelf. Ik heb daar geen probleem mee. Maar het idee dat je hiermee de kwantumzwaartekracht kon testen, was vanaf het begin onzin, en iedereen die aan kwantumzwaartekrachtverschijnselen werkte wist dit.

Het lijkt erop dat het geïdealiseerde proces van peer review of het geïdealiseerde proces van wetenschappelijke experimenten ervoor zou zorgen dat dit soort dingen niet in een perfecte wereld gebeurt.

Ja, in een perfecte wereld. Maar in werkelijkheid gebeurt er altijd shit. Toch is peer review de beste die we hebben. Ik zeg niet dat er niets mis is met peer review, ik zeg dat de problemen met peer review organisatorische problemen zijn. Ze kunnen in principe worden opgelost. Collega-evaluatie is nog steeds een goede zaak die de wetenschap drijft, omdat dit het enige criterium is dat we hebben - behalve natuurlijk oordeel. Maar als het gaat om de ontwikkeling van theorieën - voordat de natuur haar oordeel heeft uitgesproken - is collegiale toetsing de enige manier om het goede van het slechte te onderscheiden. Als het gaat om het ontwikkelen van een nieuwe theorie, moet je experts vragen: "Is deze theorie compatibel met alles wat we over de natuur weten?"

En als je het hebt over experimenten die mogelijk grote stapels geld kosten, wordt het nog belangrijker.

Precies, dus met Hogan was het Fermilab en ze hadden waarschijnlijk een reden. Het is geen enorme hoeveelheid geld. Maar nu hij rondgaat en zegt dat we het holografische principe hebben getest, maakt dat me echt kwaad, omdat het in werkelijkheid niets met quantumzwaartekracht te maken heeft. Vanuit mijn perspectief werpt het ook een slecht licht op het hele veld van fenomenologische kwantumzwaartekracht, waar mensen deze dingen eigenlijk proberen te testen. Ik heb hier lang aan gewerkt en nu probeer ik eruit te komen omdat ik geen financiering kon krijgen. Dus dat is hoe het werkt voor de gemiddelde mensen zoals ik.

Het Holometer-probleem klinkt als een experimentator zonder theorie. Maar in sommige gevallen heb je ook het omgekeerde probleem, niet noodzakelijk omdat je het niet probeert, maar je hebt theoretici zonder duidelijke experimentele vooruitzichten. Ik denk dat je dit probleem beschrijft als natuurkundigen die 'verloren gaan in wiskunde'. Begrijp ik je goed?

Je zou het op deze manier kunnen interpreteren. Maar waar ik naar verwijs met "verloren in wiskunde" is meer dit: natuurkundigen hebben zich zeer sterk gericht op een paar theoretische mogelijkheden als het gaat om de theorie van kwantumzwaartekracht of tot eenwording. Het is hetzelfde met donkere materie. En onderweg hebben ze nog veel andere mogelijkheden weggegooid. Natuurkundigen maken veel aannames die ze gebruiken in theorieontwikkeling die ze niet expliciet opschrijven. En deze raken dan "verloren in wiskunde".

Wat ik daarmee bedoel is dat de selectie van de theorie wordt beïnvloed door veel criteria die niet expliciet worden erkend. De voorbeelden in mijn gedachten zijn die van natuurlijkheid, eenvoud en schoonheid. Dit zijn allemaal criteria die in de praktijk worden gebruikt, maar dan worden ze omgezet in wiskundige vereisten en mensen vergeten dat het een keuze was, dat ze hypotheses waren die je moet testen.

Neem dit voorbeeld van natuurlijkheid. Het argument is dat, wat de theorie ook is, hij geen parameters mag hebben die erg groot of erg klein zijn, omdat dat niet natuurlijk lijkt. Ik denk dat dat complete onzin is.

Ik bedoel, de natuur geeft niet echt om je verwachtingen.

Rechts. Dat is een goed punt. De natuur maakt ook niet uit over wat je mooi vindt. Waarom? Waarom zou de natuur erom moeten geven? Wanneer mensen me vertellen: "Ik vind deze theorie leuk omdat het zo elegant is," Ik heb zoiets van, "En dan?"

Met de Holometer krijgen we jarenlange verslaggeving van iets dat uiteindelijk helemaal niets test. Niettemin, omdat het zo'n pakkende premisse heeft, zullen journalisten er massaal naartoe trekken. Wat kunnen wetenschapsjournalisten doen om zichzelf een beetje in toom te houden en de wetenschap meer te behandelen zoals het eigenlijk is dan als een soort fantasierijke tv-show?

In het geval van de Holometer zou het heel gemakkelijk zijn geweest, omdat ik denk dat mensen gewoon herhaalden wat er in het persbericht stond van de plek die het experiment feitelijk financierde. Dus wat verwacht je? Verwacht je dat dit objectief is? Ik bedoel, je moet tenminste iemand uit het veld vragen wat ze van dit experiment vinden. In dit geval was het ongelooflijk slordig voor journalisten om dit te herhalen.

Meer in het algemeen denk ik dat het in sommige gevallen moeilijk is om er echt achter te komen wat de wetenschappers zeggen. Het is heel moeilijk voor iemand die hier niet echt aan werkt om erachter te komen wat waar is, wat licht gebogen is en wat totale onzin is.Maar veel hiervan wordt ook aangedreven door druk. Er is tijdsdruk, en dan moet het verkopen, dus je moet een grote kop bedenken.

En zo verandert de wetenschap in de pers van een langzaam bewegend, geleidelijk voortschrijdend kennisgebied in dit ding waarin elke twee dagen doorbraken plaatsvinden en ons fundamentele begrip van het universum om de paar maanden wordt vernietigd, dus hier is dit geweldige verhaal over het. Je geest is verbluft.

Mijn hoofd is zo vaak geblazen dat ik niet meer weet wat ik hierover moet zeggen.